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TD-SCDMA功率控制技术(V1[1].0)


TD-SCDMA 功率控制
课程目标: 课程目标:
了解功率控制技术的发展历程 了解功率控制技术的目的及分类 掌握功率控制技术的实现过程 了解系统间功率控制技术的对比

文件编号

版本号 V1.0

拟制人/修改人 黄 萍

拟制/修改日期 2006-7-20

更改理由 新建

主要更改内容 无

注 1:每次更改归档文件(指归档到事业部或公司档案室的文件)时,需填写此表。 注 2:文件第一次归档时,“更改理由”、“主要更改内容”栏写“无”。

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TD-SCDMA 功率控制





第 1 章 功率控制技术发展 ................................................................................................................................... 1 第 2 章 功率控制介绍 ........................................................................................................................................... 2 2.1 远近效应 ...................................................................................................................................................... 2 2.2 功率控制目的 .............................................................................................................................................. 2 2.3 功率控制准则 .............................................................................................................................................. 3 2.4 功率控制分类 .............................................................................................................................................. 3 2.4.1 反向功率控制 ....................................................................................................................................... 3 2.4.2 前向功率控制 ....................................................................................................................................... 4 2.5 功率控制的工作示意图 .............................................................................................................................. 5 第 3 章 TD-SCDMA 功率控制的实现 ................................................................................................................. 6 3.1 TD-SCDMA 功率控制方式 ......................................................................................................................... 6 3.2 开环功率控制 .............................................................................................................................................. 7 3.2.1 上行链路的开环功控 ........................................................................................................................... 7 3.2.2 下行链路的开环功控 ......................................................................................................................... 12 3.3 闭环功率控制 ............................................................................................................................................ 13 3.3.1 上行链路的内环功控 ......................................................................................................................... 13 3.3.2 下行链路的内环功控 ......................................................................................................................... 14 3.3.3 信噪比 SIR .......................................................................................................................................... 15 3.3.4 TPC 和时隙 CCTrCH 对的关系 ......................................................................................................... 16 3.3.5 外环功率控制 ..................................................................................................................................... 19 3.4 正常的外环功控算法 ................................................................................................................................ 19 3.4.1 周期报告算法 ..................................................................................................................................... 19 3.4.2 门限报告算法 ..................................................................................................................................... 22 3.4.3 传输信道 BER 外环功控算法 ........................................................................................................... 23 3.5 失步下的功控控制 .................................................................................................................................... 24 3.5.1 上行链路功率控制 ............................................................................................................................. 24 3.5.2 下行链路功率控制 ............................................................................................................................. 24
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第 4 章 功率控制实例 ......................................................................................................................................... 25 4.1 下行链路功率控制(UE 侧) .................................................................................................................. 25 4.2 闭环上行功率控制(Node B 侧) ........................................................................................................... 26 4.3 接入过程的开环功率控制 ........................................................................................................................ 26 第 5 章 系统间功率控制对比 ............................................................................................................................. 27 5.1 WCDMA 功率控制技术方案..................................................................................................................... 27 5.2 CDMA2000 功率控制技术 ........................................................................................................................ 27 5.2.1 开环功率控制对比 ............................................................................................................................. 27 5.2.2 闭环功率控制对比 ............................................................................................................................. 28 5.2.3 外环功率控制对比 ............................................................................................................................. 28

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图 目 录
图 3-1 图 3-2 图 3-3 图 3-4 图 3-5 图 3-6 图 3-7 图 3-8 上行链路不同物理信道组合 .................................................................................................... 9 下行链路不同物理信道组合 .................................................................................................. 13 上行内环功控示意图 .............................................................................................................. 14 下行内环功控示意图 .............................................................................................................. 15 无线帧时隙结构 ...................................................................................................................... 16 上下行链路上,业务突发中 TPC 信息的位置 ..................................................................... 16 外环功率控制示意图 .............................................................................................................. 19 BLER 统计模块流程图 ........................................................................................................... 21

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表 目 录
表 3-1 表 3-2 表 3-3 发射功率控制特性 .................................................................................................................... 7 QPSK 的 TPC 比特模式 ......................................................................................................... 18 8PSK 的 TPC 比特模式 ......................................................................................................... 18

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第1章 功率控制技术发展 章
知识点 了解功率控制的分类、发展 CDMA 作为第三代移动通信的接入方式采用了许多先进的技术, 其中功率控 制(Power Control)是 CDMA 通信技术的核心关键技术之一。实现 CDMA 通信 的规模商用,必须解决好功率控制。高通、摩托罗拉、InterDigital、爱立信、诺基 亚、NEC、NTT、富士通等公司有力地推动了功率控制技术的发展。 功率控制理论分集中式和分布式两种: 集中式功率控制理论上完美,但难以实现; 分布式功率控制不属于最优控制,但较好地平衡了性能与资源的矛盾。 实用的功率控制技术是在分布式理论基础上发展而来的。由最初的上行功率 控制,发展到现在的重视双向的功率控制;由最初单纯的开环功控,经过开环、 内环并重,发展到现在的开环、内环、外环三环并重。在功率控制的发展历程中, 也带动了各种测量技术的发展。

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第2章 功率控制介绍 章
知识点 掌握功率控制的目的 掌握功率控制的准则及分类

2.1 远近效应
直接扩展频谱系统的接收机存在明显的远近效应。所谓远近效应就是指,在 无线通信中,不同用户距离基站的远近不同,如果用相同的发射功率,经过路径 损耗,则远的用户到达基站的信号就会淹没在近的用户的信号中。而解决这一问 题的有效办法就是精确的功率控制,以保证远端和近端终端到达接收机的有用信 号是同等功率的。这一点,增加了直接扩展频谱系统在移动通信环境中应用的复 杂性。 网络中的用户所在的位置不同以及用户的移动性特点,也就必然产生了在网 络中存在由于用户位置的远近而造成的远近效应。因为同一小区的所有用户分享 相同的频率所以对整个系统来说每个用户都以最小的功率发射信号显得极其重 要。在 CDMA 网络中可以通过调整功率来解决这一问题。由于用户离基站远近不 同,当某一用户远离基站时必须得到很大一部分发射功率,以至供给其他用户的 功率发生紧缺,所以在一定意义上来讲,远近效应问题也影响系统的容量,系统 增加一个呼叫,就意味着这个用户对其他的用户造成了干扰,则就需要进行功率 控制来克服这个用户带来的干扰。而功率控制又影响到系统的容量,所以我们也 可以说 CDMA 系统的容量是个软容量。基站布局需要合理划分,考虑信号余量的 问题不能太大或太小。

2.2 功率控制目的
功率控制的基本目的是限制系统内的干扰,以减小小区间干扰以及 UE 的功 率消耗。 由于码分多址(CDMA)系统自身的特点,它对信号发送功率和信道衰落特 性的变化非常敏感。 与系统容量仅取决于系统带宽的 FDMA/TDMA 等多址方式相 比,CDMA 系统的容量不仅由系统带宽决定,而且在很大程度上还受自干扰(共 道干扰)影响,因此 CDMA 系统是一个干扰受限系统,它的系统容量主要受限于 系统内各个移动台间的干扰。因而,要提高系统容量,必须最大可能的降低自干
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第2章

功率控制介绍

扰水平。为此,必须尽可能使每个移动台的发射功率维持在满足信号到达基站时 达到保证通信质量所需的最小信噪比,并保证无论基站远近以及信道变化如何, 都能在基站端获得相同接收功率,即抵消“远近效应” 。功率控制技术是在对接收 机端的接收信号能量或解调信噪比指标进行评估的基础上,适时补偿无线信道中 引入的衰落,从而既维持了高质量的通信,又不对同一无线资源中的其它用户产 生干扰,保证了系统容量。同时,通过功率控制,可以减少 UE 的功率消耗,从 而延长 UE 的待机时间。

2.3 功率控制准则
功率控制的准则大致分为两类:功率平衡准则和信噪比(SIR)平衡准则。 它们分别控制各个用户信号在接收端有用功率相等或 SIR 相等。

2.4 功率控制分类
在一个 CDMA 系统中, 功率控制技术可以从不同的角度分类。 按功控链路方 向可分为前向功率控制和反向功率控制两种,其中反向功率控制又分为开环功率 控制和闭环功率控制等方式。 由于 CDMA 系统容量主要受反向链路容量限制,因此反向功率控制尤为重 要。

2.4.1 反向功率控制
反向功率控制又称为上行链路功率控制,主要是借助实时调整各移动台的发 射功率,使本小区内的任一移动台无论离基站多远,在信号到达基站接收机时刚 好达到保证通信质量所需的最小信噪比门限,从而保证系统容量。 按功控环路类型,可分为开环功率控制和闭环功率控制。开环功率控制是基 于上下行信道对称假设的,它能够抵消路径损耗和阴影衰落;闭环功率控制不需 要做此假设,在抵消路径损耗和阴影衰落的同时还能抵消快衰落。 (1)反向开环功率控制 当移动台发起呼叫或响应基站的呼叫时,反向开环功率控制首先工作,它的 目的是试图使所有移动台发出的信号在到达基站时有相同的功率值。 在开环功率控制中,移动台首先检测收到的基站导频信号功率,若移动台收 到的信号功率小,表明前向链路此刻的衰耗大,由此可认为反向链路上的衰耗也 较大,为了补偿信道衰落,移动台将根据预测增大发射功率;反之,移动台将减
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TD-SCDMA 功率控制

小发射功率。由于开环功率控制是为了补偿信道中的平均路径损耗和阴影效应, 所以动态范围很大,这一点限制了它的功率控制效果。 (2)反向闭环功率控制 反向闭环功率控制是反向功率控制的核心,是弥补反向开环功率控制不准确 性的一种有效手段。 按功率控制效果闭环功率控制又可分为内环功率控制和外环功率控制。 反向内环功率控制用来对抗衰落和信道损耗,它是由基站协助移动台,迅速 纠正移动台作出的开环功率预测,使移动台始终保持最理想的发射功率。基站对 解调后反向业务信道信号的 SIR 或功率每隔一定时间检测一次,然后将其与事先 设定的门限比较,若收到的 SIR 或功率高于目标值,基站就在前向信道上送出一 个减小移动台发射功率的指令;反之,就送出一个增大移动台发射功率的指令。 移动台每次调整发射功率的动态范围称之为“功率控制步长” ,它和基站功率控制 的频率是同时由不同的功率控制算法来决定的。 反向外环功率控制是为了适应无线信道的衰耗变化,根据特定环境下的 Qos 要求,将 BER/BLER 与 QoS 要求的门限相比较,并根据一定的外环功控算法动态 给出既能保证通信质量又能使系统容量最大的 SIR 目标值或功率门限值。例如, 在语音业务中,影响服务质量的是系统误帧率(FER) ,因此在基站端收到的反向 信道 FER 统计值将作为调整门限信噪比的指标,使功率控制直接与通信质量相联 系,而不仅仅体现在改善信噪比上。SIR 与 BER/BLER 的对应关系和无线链路的 具体环境有关。在话音业务 BER=10-3 和 BLER=10-2 的 QoS 要求下,对应的 SIR 目标值不相同,所以为了适应无线链路的变化,需要实时地调整 SIR 的目标值。

2.4.2 前向功率控制
在前向链路中,小区内的信号发射是同步的。当移动台解调时,可通过扩频 码的正交性,除去小区内其他用户的干扰。在前向链路解调中,干扰主要来自邻 区干扰和多径引入的干扰;但由于小区内信号的同步性和移动台相干解调带来的 增益,使前向链路的质量远好于反向链路。在前向链路中,只需加入一个慢速的 功率控制,就能很好的控制每个信道的发送功率。 前向功率控制又称下行功率控制,使基站根据移动台提供的测量结果,调整 对每个移动台的发射功率。其目的是对路径衰落小的移动台分配相对较小的前向 发发射功率,对那些较远的和解调信噪比低的移动台分配较大的前向发射功率。 基站通过移动台对前向解调误帧率的反馈报告,决定对该移动台前向链路功率的 增大或减小。
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第2章

功率控制介绍

2.5 功率控制的工作示意图

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第3章 TD-SCDMA 功率控制的实现 章
知识点 掌握 TD-SCDMA 功率控制方式的分类 掌握 TD-SCDMA 各种功控方式的实现 在 CDMA 系统中, 有效的功率控制方法可以大大提高系统的容量, 然而一旦 功率控制发生错误,系统容量就会急剧下降,因此针对不同的 CDMA 系统,选择 合适而有效的功率控制方法特别重要。FDD CDMA 系统与 TDD CDMA 系统所采 用的功率控制方法不同。在移动通信系统中,影响接收信号功率的三个主要因素 是传输损耗、阴影效应和多径衰落,功率控制技术主要就是克服多径瑞利分布的 快衰落对接收信号所造成的影响。在 FDD 方式下,上下行的阴影效应紧密相关, 由于上下行链路占用不同的频带,二者对应的快衰落系数是不相关的;然而,在 TDD 方式下,由于上下行占用同一载频,二者的快衰落系数是紧密相关的。因此 在 TDD 系统中,仅使用复杂度较小的开环功率控制即可;而在 FDD 系统中,必 须使用复杂度相对较高的闭环功率控制。

3.1 TD-SCDMA 功率控制方式
在 TD-SCDMA 系统中,要求 UTRAN 系统支持实时的上行和下行功率控制。 功率控制的步长为 1dB、2dB 或 3dB。 UTRAN 必须同时支持开环功率控制和闭环功率控制,闭环功率控制又包括 内环功率控制和外环功率控制。所谓环其实是以 Node B 为中心,Node B 以下 UE 之间为内环,Node B 以上同 RNC 之间为外环。 包括: 上行/下行开环功率控制 上行/下行内环功率控制 下行功率平衡(可选) 上行外环功率控制 下行外环功率控制 RNC 具有上行/下行开环功率控制、下行功率平衡(可选) 、上行外环功率控 制的功能。RNC 需要配合 UE 完成下行外环控制的功能。
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第3章

TD-SCDMA 功率控制的实现

Node B 支持上行和下行的内环功率控制。在上行内环功率控制中,Node B 根据接收信道的质量产生 TPC 命令,调整 UE 的上行发射功率;在下行内环功率 控制中,Node B 根据 UE 产生的 TPC 命令,调整针对该 UE 的发射功率。此外, Node B 还支持下行链路功率漂移校正。Node B 根据 RNC 的要求,完成对一个或 多个无线链路的下行发射功率调节,以便避免各无线链路间的下行发射功率漂移 (该项可选) 。 总的功率控制特性如表所示:
表 3-1 发射功率控制特性

上行链路 可变 功控速率 闭环周期:0~200Hz 开环延迟:约 200us~3575us 步长 备注 1、2、3dB(闭环) 可变

下行链路

闭环周期:0~200Hz 1、2、3dB(闭环)

所有数据没有考虑处理和测量时间。 注:在使用相同扩频因子情况下,分配给相同 CCTrCH 信道的一个时隙内的所有 码信道使用相同的发射功率。

3.2 开环功率控制
在 TD-SCDMA 系统中的开环功率控制包括上行链路的开环功控和下行链路 的开环功控。开环功率控制的过程就是对上行和下行方向各种物理信道的初始发 射功率的初始化过程。

3.2.1 上行链路的开环功控
上行开环功控主要用于 UE 端在 UpPTS 和 PRACH 上发起随机接入过程,此 时 UE 还没有从 DPCH 信道上收到功率控制命令。对于所有的上行链路来说,首 先需要通过高层信令来设置一个上行链路的 Maximum_Allowed_UL_TX_ power 功率值(在终端能力范围内) 。总的发射功率不得超过该允许最大值。如果超出, 在一个时隙内所有上行物理信道的发射功率减少一个相同大小的功率值(dB) 。 3.2.1.1 初始功率设置 1、UpPCH 信道: UE 根据下式计算每一次 UpPCH 信道的发射功率:
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TD-SCDMA 功率控制

PUpPCH = LPCCPCH + PRxUpPCHdes + (i-1)* Pwrramp 式中, (1)PUpPCH 为 UpPCH 的发射功率(dBm) ; (2)LPCCPCH 为 UE 到 Node B 之间的路径损耗(dB) ,UE 可以根据 Node B 在 PCCPCH(或 DwPCH)发射的功率与 UE 端在该码道实际测量到的码功率来 进行估算:LPCCPCH=PPCCPCH-PRxPCCPCH,即由系统广播获得的 Node B 发射 PCCPCH 信号码功率-UE 端在 PCCPCH 信道上接收到的信号码功率。UE 获得的 Node B 发射 PCCPCH 信号码功率是参考 BCH 信道上广播的系统信息块类 型 5 和 6 中的发射功率“Primary CCPCH Tx Power” 或者由信元“Uplink DPCH , Power Control info”将发射功率“Primary CCPCH Tx Power”单独通知给 UE 的; (3)PRxUpPCHdes 为 Node B 在 UpPCH 上期望接收到的功率,其值取自系 统 信 息 广 播 。 系 统 信 息 块 类 型 5 和 6 的 信 元 “ SYNC_UL info ” 中 包 含 “PRxUpPCHdes”的值,在 BCH 上广播,也可以在一个触发硬切换的协议消息 中将该值直接发送给 UE。 (4)i:UpPCH 信道的发射试探数,i=1…Mmax,Mmax 为 SYNC_UL 的最 大发射次数,网络端会通过系统消息中的消息信元告诉 UE。 (5) Pwrramp: 连续 UpPCH 发射试探的功率递增步长, 在信元 “Power Ramp step”中定义。 具体可以参见接入流程专题文档。 2、PRACH 信道: UE 根据下式计算每一次 PRACH 信道的发射功率: PPRACH = LPCCPCH + PRxPRACHdes + (iUpPCH -1)* Pwrramp 式中, (1)PPRACH 为 PRACH 的发射功率(dBm) ; (2)LPCCPCH 为 UE 到 Node B 之间的路径损耗(dB) ,UE 可以根据 Node B 在 PCCPCH(或 DwPCH)发射的功率与 UE 端在该码道实际测量到的码功率来 进行估算:LPCCPCH=PPCCPCH-PRxPCCPCH,即由系统广播获得的 Node B 发射 PCCPCH 信号码功率-UE 端在 PCCPCH 信道上接收到的信号码功率; (3)PRxPRACHdes 为 Node B 在 PRACH 上期望接收到的功率,其值取自 UE 在 PRACH 信道发送连接请求消息时,从 FPACH 信道(响应一次 SYNC_UL 的成功发射)上收到的参数 TPLC 获得。 (4)iUpPCH:最后一个发射试探 i。

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第3章

TD-SCDMA 功率控制的实现

(5) Pwrramp: 连续 UpPCH 发射试探的功率递增步长, 在信元 “Power Ramp step”中定义。 3、DPCH 信道: UE 根据下式计算 DPCH 信道的初始发射功率: PDPCH = LPCCPCH + PRxPDPCHdes 式中, (1)PDPCH 为 DPCH 的发射功率(dBm) ; (2)LPCCPCH 为 UE 到 Node B 之间的路径损耗(dB) ,UE 可以根据 Node B 在 PCCPCH(或 DwPCH)发射的功率与 UE 端在该码道实际测量到的码功率来 进行估算:LPCCPCH=PPCCPCH-PRxPCCPCH,即由系统广播获得的 Node B 发射 PCCPCH 信号码功率-UE 端在 PCCPCH 信道上接收到的信号码功率; (3)PRxPDPCHdes 为 Node B 在 PDPCH 上期望接收到的功率,其值由系统 消息中的信元 “Uplink DPCH Power Control Info”通知 UE。 一旦 UE 接收到对应上行 DPCH 信道的 TPC 比特后,进入闭环功率控制。 3.2.1.2 上行链路物理信道组合功率设置 下图描述了一个时隙内两个不同上行物理信道的组合原理。合并的两个 DPCH 信道属于同一个 CCTrCH,经过扩频,表示为复值序列。首先,所有 DPCH 信道的幅值根据上行开环功率控制调整。每一个 DPCH 分别由一个权重γi 加权, 并且使用复数进行合并。物理信道合并之后,根据实际使用的 TFC,作用增益因 子 ?j 。 对于不同的 CCTrCH,分别应用图 3.1 所示原理。

Different UL DPCH

Power Setting

γ1

Σ
βj

(point S in Figure 3)

γ2

图 3-1

上行链路不同物理信道组合

加权因子γi 的取值取决于对应 DPCH 信道的扩频因子 SF:
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TD-SCDMA 功率控制

SF of DPCHi 16 8 4 2 1

γi

14

2 4 12 2 2 1

对于在信令中显示通知给 UE 的?j(对应第 j 个 TFC) ?j 可能的取值如下 , 表。如果 ?j 由 UE 通过一个参考 TFC 计算得到,则?j 不受限于这些量化值。 Signalling value for βj 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Quantized value βj 16/8 15/8 14/8 13/8 12/8 11/8 10/8 9/8 8/8 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8

3.2.1.3 增益因子 两个或多个传输信道可以复用到一个 CCTrCH 信道上。这些传输信道通过速 率匹配,包括重复和抽取。速率匹配影响一个 Eb/N0 要求的特定发射功率,因此, CCTrCH 信道的发射功率必须加权,引入一个增益因子β。 对于一个无线帧内发送的一个 CCTrCH 信道, 有两种方式控制不同 TFC 的增 益因子: 信令通知 TFC 对应的β; 计算 TFC 对应的β,基于一个参考 TFC 的信令设置。

在一个 CCTrCH 信道的 TFCS 中, 可以使用以上两种方式得到所有 TFC 对应 的 β 值。高层可以信令通知多个不同 CCTrCH 信道的参考 TFC 设置。
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第3章

TD-SCDMA 功率控制的实现

在一个无线帧基础上, 权重和增益因子可以根据当前使用的 SF 和 TFC 改变。 权重和增益因子 权重和增益因子的设置不依赖于任何其他形式的功率控制。这意味着发射功率根 据 3.2.1.1 给定的初始功率设置公式计算, 而权重和增益因子根据 3.2.1.2 应用于信 道的发射功率上。 (1)信令通知增益因子 信令通知增益因子 当高层信令通知某个特定 TFC 对应的增益因子?j ,则直接使用该数值对一 个 CCTrCH 内的 DPCH 加权。 (2)计算增益因子 计算增益因子 对特定 TFC,也可以依据一个参考 TFC 的设置计算增益因子??j : ?ref 为指定信令设置的参考 TFC 增益因子,?j 为对应第 j 个 TFC 的增益 因子。

K ref = ∑ RM i ? N i
定义变量
i

其中, RMi 是传输信道 i 的半静态速率匹配属性,Ni 是传输信道 i 无线帧 分段的输出比特数,该求和公式包含了参考 TFC 的所有传输信道。

K j = ∑ RM i ? N i
类似地,定义变量
i

其中,该求和公式包含了第 j 个 TFC 的所有传输信道。

Lref = ∑
而且,定义变量
i

1 SFi

其中 SFi 是 DPCH 的扩频因子,该求和公式包含了参考 TFC 的所有 DPCH 信道。

Lj = ∑
类似地,定义变量
i

1 SFi

其中,该求和公式包含了第 j 个 TFC 的所有 DPCH 信道。

βj =
则第 j 个 TFC 对应的增益因子?j 为: 量化。

Lref Lj

×

Kj K ref
。不对βj 进行

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TD-SCDMA 功率控制

3.2.2 下行链路的开环功控
3.2.2.1 发射功率设置 在网络端, CRNC 负责无线链路功率的设置, CRNC 把设置的功率值通过 Iub 接口发送到 Node B, Node B 按照设置的功率值进行无线链路的发射。CRNC 会给 Node B 配置一个最大的发射功率,任何时刻小区的发射功率不能超过这个最大的 发射功率。 1、P-CCPCH 信道: CRNC 负责高层信令设置 P-CCPCH 信道的发射功率,P-CCPCH 信道的发射 功率可以根据网络状况进行慢速地改变。P-CCPCH 信道的参考发射功率在 BCH 信道上广播或通过信令单独通知给每一个 UE。UE 根据时间接收到的 RSCP 值和 从消息信元中得到的值进行路径损耗的估计。 2、FPACH 信道: FPACH 信道的发射功率由高层信令设定。在一个小区内,设定一个最大发射 功率用于 FPACH 信道的发射。 3、S-CCPCH、PICH 信道: S-CCPCH 和 PICH 信道相对于 P-CCPCH 信道发射功率偏置由高层信令设定, 由 BCH 信道广播。 4、DPCH 信道 DPCH 信道的初始发射功率由高层信令设定, 直到接收到上行的 DPCH 信道。 在初始化发送之后,Node B 转入闭环功率控制。 3.2.2.2 下行链路物理信道组合功率设置 图 3.2 描述一个时隙内不同下行物理信道是如何组合在一起的。每一个扩频 信道分别由一个加权因子 Gi 加权。所有下行物理信道使用复数进行合并。

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第3章

TD-SCDMA 功率控制的实现

Different downlink Physical channels G1

G2

Σ

(point S in Figure 6)

图 3-2

下行链路不同物理信道组合

其中的下行码道的功率加权因子,由厂家实现算法决定。

3.3 闭环功率控制
在 TD-SCDMA 系统中的闭环功率控制也可以分为上行链路的闭环功率控制 和下行链路的闭环功率控制。 闭环功控的目的是为了调整每个移动台的发射功率,减小这种远近效应的影 响,尽可能保证基站接收到所有移动台的功率都相等,从而使每个用户都能满足 传输业务的 QoS。闭环功率控制包括内环功率控制和外环功率控制,在 3GPP TS 25.214 中给出了内环功率控制的方法:对于上行链路,首先基站对接收到的每条 无线链路都进行信干比(Signal to Interference Ratio-SIR=Eb/No)测量,然后与业 务所需满足的目标信干比(Signal to Interference Ratio target-SIRtarget)比较,若 SIR>=SIRtarget, 则在下行的控制信道发送给移动台(UE)一个比特值为 1 的发射 功率控制(Transmitted Power Control-TPC)命令;若 SIR<SIRtarget, 则在下行的 控制信道发送给 UE 一个比特值为 0 的 TPC 命令;然后 UE 根据接收到的 TPC 命 令和网络层指定的功控算法判断是增加发射功率还是减小发射功率。然而随着移 动通信环境的变化和移动速度的变化,传输的业务需要满足的信干比也要变化, 而且上行的 SIRtarget 是由网络侧指定的,有可能初始给定的值与实际需要的信干 比相差的比较多,这些都需在外环功率控制根据业务的质量情况对 SIRtarget 作调 整。

3.3.1 上行链路的内环功控
Node B 应该估计上行 DPCH 信道的信噪比 SIRest,并根据以下原则产生和 发送 TPC 指令:
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TD-SCDMA 功率控制

如果 SIRest > SIRtarget, 那么 TPC 指令为 “降低功率”如果 SIRest < SIRtarget, ; 那么 TPC 指令为“升高功率” 。其中 SIRtarget 为目标信噪比,由高层调整。 而在 UE 侧,执行 TPC 比特的软判决。如果判决为“降低功率” ,则降低发 射功率一个功率控制步长;反之如果判决为“升高功率” ,则升高发射功率一个功 率控制步长。功控步长可以为 1dB、2dB 或者 3dB,网络层通过专门的消息信元进 行设置。

图 3-3

上行内环功控示意图

3.3.2 下行链路的内环功控
UE 应该估计下行 DPCH 信道的信噪比 SIRest,并根据以下原则产生和发送 TPC 指令:如果 SIRest > SIRtarget,那么 TPC 指令为“降低功率” ;如果 SIRest < SIRtarget,那么 TPC 指令为“升高功率” 。其中 SIRtarget 为目标信噪比,由高层 调整。 而在 Node B 侧,执行 TPC 比特的软判决。如果判决为“降低功率” ,则降低 发射功率一个功率控制步长;反之如果判决为“升高功率” ,则升高发射功率一个 功率控制步长。

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第3章

TD-SCDMA 功率控制的实现

图 3-4

下行内环功控示意图

3.3.3 信噪比 SIR SIR =
信噪比 SIR 定义如下:

RSCP × SF Interference

其中: (1)RSCP:接收信号码符号功率,即指定信道(如 DPCH、PRACH 等)的码符号功率; (2)Interference: 同一时隙内,接收端不能消除的信号干扰;

(3)SF:信道使用的扩频因子。

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TD-SCDMA 功率控制

3.3.4 TPC 和时隙 CCTrCH 对的关系
TPC 在业务突发的数据部分中发送,因此,不改变 midamble 码的结构和长 度。TPC 信息直接在 SS 信息后发送,SS 信息又在 midamble 码后发送。TPC 命令 在一个业务突发中的位置可以参见图 3.3 的时隙结构。
1 st part of TFCI code word TPC symbols TPC symbols 3 rd part of TFCI code word SS symbols SS symbols 2 nd part of TFCI code word 4 th part of TFCI code word G Data symbols Midamble Data symbols P Data symbols Midamble Data symbols G P

Time slot x (864 Chips) Sub-frame 5ms Radio Frame 10ms

Time slot x (864 Chips) Sub-frame 5ms

图 3-5

无线帧时隙结构

对于每一个用户来说, 至少每 5ms 子帧发送一次 TPC 信息。 对于每个分配的 时隙,是否携带 TPC 信息由信令分别设置。如果应用于某个时隙,则在业务突发 的数据部分中发送 TPC 符号,并且使用该时隙中最小物理信道序列号(p)对应 的物理信道发送。 在每一个无线帧内,物理层必须指定 CCTrCH 各个物理信道的物理信道序列 号,按升序对每一个分配时隙进行排序。在一个时隙内,如果有多个物理信道, 先按扩频因子(Q) ,后根据信号码索引(k)进行排序(从小到大) 。 在一个时隙内,可以在多个物理信道上发送 TPC 符号。为了这个目的,高层 给每个时隙分别分配额外 NTPC 个物理信道,那么,在那个时隙内,NTPC+1 个 最低物理信道序列号(p)的物理信道上发送 TPC 符号 。如果速率匹配功能导致 该时隙内物理信道数 NRM < NTPC+1 ,则 TPC 符号只在 NRM 个物理信道上发 送。 TPC 符号和对应物理信道数据部分采用相同的扩频因子和扩频码。
SS symbol(s) TPC symbol(s) Data symbols
GP

Data symbols

Midamble 144 chips
864 Chips

图 3-6

上下行链路上,业务突发中 TPC 信息的位置
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第3章

TD-SCDMA 功率控制的实现

每个码道的 TPC 数目有 3 种可能,由高层配置,分别为: 1) 一个 TPC 符号; 2) 没有 TPC 符号; 3) 16/SF 个 TPC 符号。 SF=1 时, 16 个 TPC 符号, 当 有 对应 32 比特 (QPSK 调制)和 48 比特(8PSK 调制) 。 以下只描述上行链路。对于下行链路,只要将上行和下行链路对调就行。 在下行链路上,每一个上行功率控制的 TPC 符号与一个“上行时隙 CCTrCH 对”相关。该关系根据以下情况变化:在那些时隙(上行时隙 CCTrCH 对)内分 配的上行时隙和上行 CCTrCH 信道的数目,和在下行链路上分配的 TPC 符号。 如果一个 UE 拥有不止一个信道化码和/或信道化码的扩频因子小于 16, 并且 使用 16/SF 个 SS 和 16/SF 个 TPC 符号,每一个上行时隙 CCTrCH 对(那个时隙 上的所有属于同一个“时隙 CCTrCH 对”的信道化码使用同一个 TPC 命令的)的 TPC 命令按以下规则分布: (1)考虑某个 UE,TPC 命令对应的“上行时隙 CCTrCH 对”从小到大编号 (从 0 开始) 。在相同时隙内,根据下表,如果一个“上行时隙 CCTrCH 对”中最 小 SC 编号的扩频码的 SC 编号比另一个“上行时隙 CCTrCH 对”的小,则该“上 行时隙 CCTrCH 对”比另一个小。 (2) 分配给一个 UE 的所有下行 CCTrCH 上的 TPC 符号, 根据以下规则从 0 开始连续编号: 后发射下行时隙内的 TPC 命令编号更大; 在一个下行时隙内,扩频码编号更大的信道化码内的 TPC 命令编号更大。 扩频码编号定义如下: SC number 0 SF (Q) 16 ... 15 16 16 8 … 23 24 8 4
-17( = cQk=88) ( =1 cQk=4 ) ( =16 cQk=16 ) ( =1 cQk=8 )

Walsh code number (k)
( =1 c Qk=16)

TD-SCDMA 功率控制

… 27 28 29 30 4 2 2 1
( = cQk=44 ) ( =1 cQk=2 ) ( = cQk=22 ) ( = c Qk=11)

注:在下行链路上不使用扩频因子 2~8 在一个信道化码内,后面发射的 TPC 命令的编号更大。 以下公式用于确定下行链路上对应 TPC 符号控制哪一个上行时隙:
UL pos = SFN '?NUL _ TPCsymbols + TPC DLpos + SFN '? NUL _ TPCsymbols + TPC DLpos div( NULslot ) mod (NULslot )

(

((

)

))

其中 ULpos 是被控上行时隙 CCTrCH 对的序号。 SFN’ 是计算子帧的系统帧号。无线帧的系统帧号(SFN)可以由 SFN’ 通过 公式 SFN=SFN’ div 2 得到,其中 div 是取整除法(the remainder free division operation) 。 NUL_PCsymbols 是一个子帧内上行 TPC 符号的数目。 TPCDLpos 是一个子帧内下行链路上的上行 TPC 符号的编号。 NULslot 是一个子帧内上行时隙 CCTrCH 对的数目。 当以上参数之一因为高层重配置而改变,则在设置新参数那个无线帧的开始 处,TPC 符号和被控上行时隙间新的关系必须生效。 TPC 编码: TPC 命令的长度为一个符号。QPSK 调制方式下 TPC 比特和发射功率控制命 令间的关系如下表:
表 3-2 QPSK 的 TPC 比特模式

TPC 比特 00 11

TPC 命令 'Down' 'Up'

说明 减少发射功率 增加发射功率

8PSK 调制方式下 TPC 比特和发射功率控制命令间的关系如下表:
表 3-3

8PSK 的 TPC 比特模式 说明

TPC 比特

TPC 命令
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第3章

TD-SCDMA 功率控制的实现

000 110

'Down' 'Up'

减少发射功率 增加发射功率

3.3.5 外环功率控制
外环功率控制将 BER/BLER 与 QoS 要求的门限相比较,并根据一定的外环 功控算法给出既能保证通信质量又能使系统容量最大的 SIR 目标值。可以用作衡 量业务质量的指标有 CRCI 指示、传输信道的 BLER、物理信道的 BER。

图 3-7

外环功率控制示意图

本节主要描述上行外环功率控制的算法,其主要思想是:根据测量上报得到 的质量信息(如 CRCI 指示、BLER、BER)慢速调整 SIRtarget,以使业务质量不 因无线环境的变化而发生很大的波动,保持相对恒定的通信质量,满足业务 Qos 需求。外环功控主要是为内环功控设定目标值,而内环功控主要通过测量单链路 的 SIR 与外环功控设定的 SIRtarget 比较,从而控制单链路发射功率,使 SIR 逼近 SIRtarget。由于 TD-SCDMA 系统专用测量报告中不存在 SIRerror 值,所以 TD-SCDMA 的外环功率控制仅存在正常外环功率控制方法,其中包括:周期报告 周期报告 算法、事件报告 算法和门限报告 算法。正常的外环功控算法见 3.4 算法 事件报告 CRCI 算法 门限报告 CRCI 算法 节所述,其中只涉及现阶段需要实现的周期报告算法和门限报告算法。

3.4 正常的外环功控算法
正常的外环功控算法包括周期报告算法、 门限报告算法和传输信道 BER 外环 功控算法。

3.4.1 周期报告算法
周期报告算法指:周期性计算传输信道 BLER 值,与业务所需 BLERtarget 比较判决是否调整 SIRtarget 的方法。具体实现方法是在有效时间窗内统计 BLER 的值, 并与该业务的 BLERtarget 进行比较, 然后判决上调或者下调 SIRtarget。 BLER 是针对传输信道的,由于一个用户可以有多个业务,每个业务又可以映射到多条
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TD-SCDMA 功率控制

传输信道上,所以统计 BLER 时,需要对所有传输信道的 BLER 分别进行统计, 并分别与各传输信道的 BLERtarget 进行比较,再综合考虑所有传输信道判定的结 果。对于单一业务占用多条传输信道的情况采取如下策略:只要有一条传输信道 对于单一业务占用多条传输信道的情况采取如下策略: 对于单一业务占用多条传输信道的情况采取如下策略 需上调 SIRtarget,则上调 SIRtarget;当所有的传输信道都决定下调 SIRtarget, , ; , 则下调 SIRtarget; 当返回的 BLER 无效时默认为该条传输信道不需要调整 ; SIRtarget。 。 (通常情况下一个 PS 业务仅占用一条传输信道,虽然 AMR 语音业务 占用多条 DCH, 但仅有一个子流存在 CRC 校验能够统计出 BLER, 因此均可通过 判断一条 DCH 的 BLER 决定如何调整 SIRtarget,对于不存在 CRC 的其他业务子 流则不参与功控判决。 )对于混合业务的情况,我们在后面进行讨论。以下讨论的 算法均是针对一条传输信道的。 首先讨论关于 BLER 的统计。BLER 是一段时间内误块数与总 TB 块数的比

BLER =
值。即

单位时间内误块数 总的传输块数 。

其中单位时间的误块数可通过 Node B 上报的 CRCI 错误指示统计得到。 为使统计的 BLER 有效需要满足:在有效的时间窗内接收到的 TB 块数要大 于等于 M/BLERtarget 的条件(M 为总块数可信系数,需仿真确定) 。 因此,在统计 BLER 时需从两个方面考虑: (1)统计总 TB 块数(Total TB Number) ,Total TB Number = M/BLERtarget。 只有当 TB 块多于 Total TB Number 时, 统计结果才能满足 Qos 需求的 BLERtarget 的精度; (2) 考虑到历史数据对判断当前的通信质量的意义, 设置了一个有效时间窗 (BLER Time Window Size) ,只有当有效的时间窗内至少有 M/BLERtarget 个 TB 块时,计算出来的 BLER 值才是有效的。这样可避免长时间内未收到数据时,数 据块的 CRCI 指示对于目前的通信情况无效的情况发生。此有效时间窗为滑动窗, 且滑窗长与业务相关 滑窗长与业务相关,每隔若干个 TTI 有效时间窗就向前滑动一个 TTI。 滑窗长与业务相关 在 Node B 的通信上下文存在时, 每条传输信道均需进行 BLER 的统计。 BLER 的统计理论上应该每个 TTI 都进行一次, 但在实际实现时出于对实现效率的考虑, 为单位进行统计。 以 4 个 TTI(因为最大传输帧为 80ms) ( ) 为单位进行统计 每次统计时仅记录 80ms 内收到的总块数及误块数,并分别存在两个数组中。当外环功控模块调用 BLER 统计模块时,从当前时刻起,分别在两数组中设置一个有效窗,统计该有效窗内 的总 TB 块数和误块数。然后对有效窗内收到的 TB 块总数进行判断:如果其总数 满足大于等于 M/BLERtarget 的条件,则计算并返回有效的 BLER 值;若 TB 块总 数不满足要求,则返回无效的 BLER。BLER 统计模块的流程如图 3-8 所示。
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第3章

TD-SCDMA 功率控制的实现

BLERtarget、M、BLER Time Window Size

No yes

No yes

yes

No

BLER

BLER 图 3-8

BLER 统计模块流程图

由图可知:BLER 的统计是以 80ms(4 个 TTI)为单位进行统计的,且每次 仅统计此段时间内收到的 TB 块总数和误块数,并不需计算和返回 BLER 值,只 有当外环功控模块调用 BLER 统计模块时, 才设置有效窗判断、 计算并返回 BLER 值。 由于有效窗长的设置对 BLER 统计效果极为敏感,为避免由窗长设置带来的 BLER 统计误差,以及最终导致的 SIR 调整上的抖动,我们对计算出的 BLER 进 行 滤 波 , 滤 波 形 式 与 物 理 信 道 BER 统 计 滤 波 类 似 , 滤 波 的 公 式 为 :

Fn = (1 ? a ) ? Fn?1 + a ? M n ,其中:a = 1/2(k/2), k 为滤波因子,Fn-1 为前一次
过滤过的 BLER 上报结果,Mn 为此次计算的 BLER 值。BLER 滤波过程相当于对 前后两次 BLER 值进行了平滑,能有效防止统计过程中出现 BLER 值的突跳。平 滑后的 BLER 再与该传输信道的 BLERtarget 进行比较, 以决定如何调整 SIRtarget。

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TD-SCDMA 功率控制

3.4.2 门限报告算法
门限报告算法首先监测是否有循环冗余校验 CRC 指示错误,根据传输信道 CRC 校验结果统计误块数,同时统计传输的所有数据块的总数,称为误块容忍计 数器。因为一个 TTI 内可收到多个 TB 块,所以在统计误块数、误块容忍周期时 都是在每个 TTI 内统计的,在实际实现时,由于考虑到实现的效率问题,通常每 4 个 TTI(80ms)累加一次误包数和总包数。 首先明确几个概念:误块容忍周期:通常可以设为 M/BLERtarget; 误块门限:误块容忍周期内可满足通信质量的误块数, 与业务相关。 门限上报法通过在误块容忍周期内,误块数和误块门限的比较,决定如何调 整 SIRtarget:如果误块容忍周期未到,但误块数已超过了误块门限,则上调 SIRtarget,同时,还需要把误块计数器、误块容忍计数器清零;如果误块容忍计 数器大于等于误块容忍周期,但收到的误块数小于误块门限,则下调 SIRtarget, 同时,也需要把误块计数器、误块容忍计数器清零;如果误块容忍计数器大于等 于误块容忍周期,但收到的误块数等于误块门限,则不调整 SIRtarget,但仍需把 误块计数器、误块容忍计数器清零。 另外对于长时间只收到很少数据包或没有收到数据包的情况,为了保证控制 信道的质量满足当前的移动环境,需要根据传输信道 BER 进行外环功控。对于门 限报告 CRC 方法触发传输信道 BER 外环功控方法的条件为:若在给定的有效时 间窗内(Acceptance Time Window)收到的数据总块数小于误块容忍周期(此时表 明现在的数据流量特别小) ,则触发传输信道 BER 外环功控方法,同时把根据传 输信道 CRC 进行外环功控的中间变量进行复位。 如果在有效时间窗未到时已发生 上调 SIRtarget,那么需要把数据块统计时间计数器清零。 综上所述,在门限算法中存在三个参数:误块容忍周期、误块门限和有效时 间窗。每 80ms 统计误块数、总块数时同时累计有效时间窗的窗长(通常是 80ms 的整数倍) ,有效窗长的累计通过数据块统计时间计数器完成。在统计过程中,衡 量首先满足上述三个参数中的哪一个,则作相应的处理:如果误块数首先到达误 块门限,则上调 SIRtarget,同时,还需要把误块计数器、误块容忍计数器、数据 块统计时间计数器清零;如果首先到达误块容忍周期,但有效窗长未达到,且收 到的误块数小于误块门限,则下调 SIRtarget,同时把误块计数器、误块容忍计数 器清零、数据块统计时间计数器清零;如果首先到达误块容忍周期,但有效窗长 未达到,且收到的误块数等于误块门限,则不调整 SIRtarget,但仍需把误块计数 器、误块容忍计数器清零、数据块统计时间计数器清零;如果首先到达有限时间
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第3章

TD-SCDMA 功率控制的实现

窗长,但误块容忍计数器小于误块容忍周期、误块计数器小于误块门限,则说明 此有效窗内的 TB 块总数过少,此时需要触发传输信道 BER 外环功控算法,并将 误块计数器、误块容忍计数器清零、数据块统计时间计数器清零。 在这里,上调 SIRtarget 的步长可大于下调步长,不同业务的步长不同,而对 于不同 QOS 的服务质量主要体现在误块容忍周期和误块门限的确定上。 误块容忍 周期根据不同业务的 BLERtarget 来确定(M/BLERtarget),其中 M 是一个可调整的 值。 由于环路延时最少有 4~5 帧,也就是说刚上调的效果在 4~5 帧之后才能反 映出来。因此在 SIRtarget 调整后的 4~5 帧中即便再出现 CRC 指示错误,也不应 再做误块统计,这里可通过设置屏蔽周期来屏蔽调整功能,屏蔽周期为 4~5 帧的 时间。在屏蔽周期内仍然需要检测 CRC 错误,但不进行误块数、总块数统计,也 不做 SIRtarget 调整。等屏蔽过后再重新开始误块数、总块数的累加。

3.4.3 传输信道 BER 外环功控算法
当 BLER 统计模块返回无效的 BLER 时(比如在很长的时间内未收到数据包 或数据包很少的情况) ,我们可以通过传输信道 BER 来进行外环功控。 用 BER 进行外环功控时需要也设置 BERtarget 的值,我们可以对不同的业务 从后台给定一个初始的 BERtarget,然后在统计的 BLER 有效时,并且当 BLER 满 足 BLERtarget 得到其对应的传输信道的 BERtarget(或者经过测试直接得到业务 所对应的 BERtarget) 。 另外需要注意的是 BER 的测量周期为传输信道的 TTI,每个报告的 BER 仅 仅是在一个测量周期上的平均值,所以在 FP 给外环功控模块报告 BER 时,外环 功控模块需要对 BER 进行滤波,也就是外环功控模块需要对 FP 上报的 QE 进行 滤波。还有对于传输信道所配置的 FP mode 是 silent 的业务不作 BER 的外环功控 的。对 BER 的处理主要有两种方式: 方法 1:由于每条传输信道都要上发各自的 FP 帧(FP MODE = normal) ,因 此为简单起见,对每条传输信道 FP 帧上报的 QE 进行滤波并进行判决;滤波方法 可 以 与 协 议 中 给 定 的 滤 波 方 法 相 同 : 进 行 滤 波 的 公 式 为 :

Fn = (1 ? a ) ? Fn?1 + a ? M n ,a = 1/2(k/2), k 值即为 Filter Coefficient;Fn-1 为前
一次过滤过的 BER 上报结果。这样外环功控模块只需保存一个当前滤波结果以及 刚刚上报的 QE 即可。 方法 2:由于对于混合业务来说,对于不同的传输信道的 FP 上报的 QE 都是 针对同一条 CCTRCH 上的,所以可以在 FP 模块对同一时刻收到的多个 QE 进行
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TD-SCDMA 功率控制

合并即可(给外环功控模块只需上报一个 QE) ,然后外环功控模块对上报的 BER 进行滤波; 又因为 BERtarget 是与业务相关的, 因此在外环功控模块只需用最严格 的 BERtarget(即最小的)进行外环功控即可。 对于这两种方法,用任何一种都可以。另外,如果在 RNC 的一个调用周期 内 TFS 收到多个带 QE 的 FP 帧,那么此时 FP 需要把这两个 QE 做一个平均,然 后把平均值通知 OLPC。

3.5 失步下的功控控制
3.5.1 上行链路功率控制
上行 DPCH 信道上的 TPC 指令与下行 DPCH 信道的控制功率之间的关系由 高层信令指定。对于多个下行 CCTrCH 信道而言,可能对应一个上行 CCTrCH 信 道提供 TPC 指令。 在同步估计的第二阶段, 对于一个上行 CCTrCH 信道, TPC 控制的任意一 其 个下行 CCTrCH 信道如果满足以下规则,则 UE 必须关闭该上行信道的发射: 在过去的 160 毫秒时间内,UE 估计的接收专用信道突发质量比门限值 Qout 差, 并且没有检测到质量高于 Qsbout 的专用突发 (DTX) 如果 UE 检测到 beacon 。 信道的接收质量高于切换触发质量[10 dB], 那么, 必须用 320 毫秒的估计时间 UE 进行突发质量估计和专用突发检测窗。 如果满足以下情况,UE 必须重新发送上行 CCTrCH 信道: 在过去的 160 毫秒时间内,UE 估计的接收专用信道突发质量比门限值 Qin 好,或者检测到质量高于 Qsbin 的专用突发(DTX) 。如果 UE 检测到 beacon 信道 的接收质量高于切换触发质量[10 dB], 那么, 必须用 320 毫秒的估计时间进行 UE 突发质量估计和专用突发检测窗。

3.5.2 下行链路功率控制
当下行物理信道失步,UE 必须设置 TPC 指令 = "up"。在 TPC 比特设置中, 不考虑 CRC 准则。

-24-

第4章 功率控制实例 章
知识点 理解各种功控实例

4.1 下行链路功率控制(UE 侧) 下行链路功率控制(
可以通过两个嵌套的控制循环实现功率控制。外环控制传输质量,参考值由 高层设置,并输出内环的参考值。在 UE 侧,参考值设为信噪比 SIR,由外环控制 过程产生。 (UE 进行功率控制的 SIR 是否是由外环功率产生的?)内环通过比较 SIR 测量值与参考值的差值,生成 TPC 指令控制物理信道质量。当测量值高于目 标 SIR 值,TPC 指令 = "down",反之 TPC 指令 = "up"。 如果下行 DPCH 信道暂停发送,在 UE 侧,数据段的接收功率(RSCP)就不 能再用于内环 SIR 的计算。此时,UE 应该跟踪 P-CCPCH 信道的路径损耗,以此 生成 TPC 指令。使用路径损耗和当前对应时隙数据段的 ISCP 测量值来计算一个 虚拟的 SIR 值: SIRvirt(i) = RSCPvirt(i) ? ISCP(i),

RSCPvirt(i) = RSCP0 + L0 – L(i) + k =1

∑ TPC (k )


i ?1

RSCP:接收信号的码片功率(dBm) ; ISCP:DPCH 信道时隙内的干扰信号码片功率(dBm) ; L:P-CCPCH 信道的路径损耗(dB) 。就上行开环功率控制来说,长期和短 期路径损耗应该使用相同的权重; i:暂停发送期间的帧编号,1 ≤ i ≤ 暂停期间的总帧数; L0:在暂停发送前最后一帧的加权路径损耗(dB) ; RSCP0:数据段的 RSCP, 用于计算暂停发送前最后一帧的 SIR 计算(dBm) ; TPC (k):±功率控制步长(dB) ,对应无线帧 k 内生成并发送的 TPC 比特, TPC 比特"up" = +步长,TPC 比特"down" = ?步长。

25

TD-SCDMA 功率控制

4.2 闭环上行功率控制(Node B 侧) 闭环上行功率控制(
在 Node B 侧,必须周期执行接收 SIR 的测量操作。当测量值高于目标 SIR 值,TPC 指令 = "down",反之 TPC 指令 = "up"。 如果在上行 DPCH 信道的一个暂停发送期间,在暂停发送结束之后,可以采 用开环功率控制按初始发射功率发射 DPCH 信道。暂停发送之后,恢复闭环功率 控制。

4.3 接入过程的开环功率控制
在广播信道,高层信令通知一个功率增量,用于并且只用于接入过程。在一 次接入过程中的每一个新的 SYNC_UL 突发发送,发射功率增加一个步长(等于 该功率增量) 。

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第5章

系统间功率控制对比

第5章 系统间功率控制对比 章
知识点 了解各系统间功率控制的异同

5.1 WCDMA 功率控制技术方案
WCDMA 系统同时采用了反向开环、闭环、外环功率控制技术和前向闭环、 外环功率控制技术。 WCDMA 系统反向闭环功率控制主要是由 SIR 估计、传输功率控制(TPC) 比特产生、本地 TPC 判决和功率调整单元 4 部分组成。

5.2 CDMA2000 功率控制技术
下面进行 TD-SCDMA 和 CDMA2000 系统功率控制的对比。

5.2.1 开环功率控制对比
在 CDMA 系统的上行链路的开环功率控制中, 移动台首先监测接收到的基站 导频信号功率,如果移动台接收到的信号功率小,表明在下行链路上此刻的衰耗 大,并由此认为上行链路上的衰耗也将较大,于是为补偿这种预测来的信道衰落, 移动台将增大发射功率;反之,则移动台将减少发射功率。这种利用下行链路的 衰耗来估计反向链路的衰耗的方法实际上是不准确的, CDMA 的 FDD 方式下, 在 由于双工间隔频宽远远超过信道相干带宽,下行与上行链路间不存在相关性,因 而不能再用下行链路的衰落特性来估计上行链路的衰落特性。所以,CDMA2000 的开环功率控制方法是一种非常粗糙的功率控制方法。 相对来说,在 TD-SCDMA 中的开环功控要更精确一点,因为在 TD-SCDMA 中,上下行是同一条链路,下行链路的衰耗和上行链路的衰耗非常接近(时间不 同,对于高速运动的移动台来说,差别会比较大) 。 在 TD-SCDMA 中,采用上行开环功率控制的无线链路的发射功率的计算都 是比较准确的。网络端根据网络的实际情况通知 UE 需要发射的功率,UE 同时根 据实际接收到的 P-CCPCH 功率和网络端实际发送的功率来精确地估计出传输损 耗。UE 的最终发送功率就是网络端通知 UE 需要发射的功率加上估计出的路径损

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TD-SCDMA 功率控制

耗。经过一端时间后,又重新来计算路径损耗,就这样实现上行链路的开环功率 控制。 在 CDMA2000 中, 是由 UE 根据网络的实际情况和网络端的配置参数来计算 一个初始的发射功率。经过一段时间后又重新地计算发射功率,这样来实现上行 链路的开环功率控制。

5.2.2 闭环功率控制对比
在 CDMA2000 中的闭环功控中,最高的频度可以到达每 1.25ms 控制一次, 在功率控制精度方面, CDMA2000 支持的步长为 0.25dB, 0.5dB 一直到 3.75dB (步 长为 0.25dB) ,用 4 个比特进行描述。 在 TD-SCDMA 中的闭环功控中,其功控频度是每 5ms 进行控制一次,在功 率控制的精度方面,TD-SCDMA 支持的步长为 1dB,2dB 和 3dB。 通过上面对两者的分析,CDMA2000 的功率控制相对于 TD-SCDMA 来说可 以更加精细也可以更加粗,灵活性更好。

5.2.3 外环功率控制对比
在 CDMA2000 中,外环功率控制主要通过测量误帧率 FER 来实现,由于这 部分跟协议无关,因此每个厂家的实现方式可以不一样。在我们的 CDMA2000 系 统中,实现方式是,接收端根据接收到的每一帧情况及时地调整一个目标 Eb/Nt, 这样就完成了外环功控过程。然后,接收端根据实际接收到的 Eb/Nt 和目标 Eb/Nt 进行比较,以产生功率控制比特,完成闭环功控过程。同时,接收端会计算一定 时间的误帧率(FER) ,然后和目标 FER(话音为 1%,数据为 5%)进行一个比较, 以对外环功控中其它的一些参数进行调整。 在 TD-SCDMA 系统中,外环功率控制将 BER/BLER 与 Qos 要求的门限相比 较, 并根据一定的外环功控算法给出既能保证通信质量又能使系统容量最大的 SIR 目标值。SIR 与 BER/BLER 的对应关系和无线链路的具体环境有关。在话音业务 BER=10-3 和 BLER=10-2 的 Qos 要求下,对应的 SIR 目标值不相同,所以为了适 应无线链路的变化,需要实时地调整 SIR 的目标值。

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